НЕФТЬ-ГАЗ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
На главную >>


Теперь на нашем сайте можно за 5 минут создать свежий реферат или доклад

Скачать книгу целиком можно на сайте: www.nglib.ru.

Предложения в тексте с термином "Расчет"

С учетом последнего замечания необходимо иметь формулы для теплового и гидравлического расчетов «горячих» трубопроводов при стационарном режиме.

При тепловом расчете трубопроводов, предназначенных для перекачки вязких или высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов с предварительным их подогревом, необходимо, знать коэффи-' циент теплопередачи К от нефтепродукта в окружающую среду.

При тепловых расчетах трубопроводов, эксплуатирующихся при стационарном режиме, коэффициент теплопередачи принимают постоянным как по длине трубы, так и во времени.

Степанюгин предлагают выражение, весьма неудобное для практических расчетов из-за большого числа входящих в него величин: ta.

Часто при теплогидравлических расчетах требуется определять -среднюю температуру нефтепродукта на заданной длине трубопровода.

Расчет по формуле Черникина произведем при следующих исходных параметрах:?

Таким образом, при скорости перекачки v = 0,42 м/с учет тепла трения результатов расчета не изменит.

Температуру застывания применяют как оценочный параметр при теплотехнических расчетах, а при остановках перекачки как критерий возможности последующего возобновления работы.

12), замечаем, что они практически одинаковы, но расчет по формуле (3.

25), замечаем, что в последнем случае аг получается меньше, так как в расчет вводится некоторая эффективная величина ^.

будет больше, чем при расчете по ЯСр.

Из рассмотренных примеров следует, что расчет подземных магистральных трубопроводов следует производить по расчетной величине коэффициента теплопроводности грунта.

Это значение относится ко всем случаям расчета стационарного режима.

Так, например, некоторые авторы предлагают теплогидравличе-ский расчет «горячих» трубопроводов проводить по участкам: для каждого участка находить перепад температур и для среднего значения температуры по формуле Дарси-Вейсбаха определять потери на трение.

В технических расчетах чаще^ пользуются кинематической вязкостью v = ji/p.

9), то расчет по изложенной выше методике дает вполне удовлетворительное согласование с экспериментальными данными.

44) весьма сложно и громоздко, поэтому в практических расчетах применяют укороченную формулу Букингема: в формуле (3.

9), но она достаточно сложна, поэтому во всех аналитических расчетах в дальнейшем применяют одну из формул (1.

Экономический расчет, приведенный в работе [5], показал, что работа всех тепловых станций северного плеча данного нефтепровода.

В этом случае предусматривается расчет технологических режимов для разных степеней загрузки, которым и определяется необходимое количество теплового и насосного оборудования.

Существенное различие между результатами расчетов по предложенным М.

Оба допущения вносят определенную погрешность при тепловых расчетах.

Сравнение результатов расчетов по формулам (4.

В работе [23] приводится решение задачи для расчета неста-.

Описанный опыт' пуска также говорит о том, что прогрев системы надо вести на основании хотя бы оценочных расчетов (по времени и количеству тепла), необходимо заранее испытывать все оборудование под нагрузкой (заданные температурный режим и давление) на воде или низкозастывающем нефтепродукте и необходимо тщательно осуществлять утвержденные планы пусковых работ.

Во всех случаях предварительно необходимо сделать оценочный расчет по пуску.

Многочисленные расчеты [13] показали, что с достаточной точностью показатель степени при критерии Фурье можно принять равным 0,5, а Б2 выразить как функцию отношения HJR.

В работе [13] и нами были проанализированы расчеты коэффициентов теплоотдачи для труб диаметром от 300 до 1420 мм и проведена сравнение величин а2, вычисленных на ЭВМ по формулам для

26) с данными, полученными расчетом на ЭВМ для цилиндрического источника тепла.

Исходные данные для расчета: >,г=1,163 Вт/(м-К); оо=11,63 Вт/(м2Х ХК); Н — R—Q,8 м.

Расчеты и оценка постоянной величины В2 в формуле (4.

25) по сравнению с данными расчетов на ЭВМ для трубопроводов диаметром от 339 до 1420 мм не превышает 20 %.

Найдем формулу для расчета температуры жидкости по длине трубопровода и во времени, применяя формулу (4.

Таким образом, не внося существенной погрешности для расчета нестационарного процесса пуска трубопровода в эксплуатацию, можно рекомендовать формулу (4.

Таким образом, получили формулу для расчета потерь на трение для любого момента времени при наличии двух режимов движения жидкости в трубопроводе.

Необходимые дополнительные данные для расчетов: В2 = 0,3+0,03 ' « 0,4; v = 1529 м/ч; время заполнения всего трубо-и,о1о

Сравнение результатов расчета по формулам (4.

Расчет произведен для данных: D = 1,02 м; биз = 0,25 Вт/(м-К); Я = 1,7 м; р =840 кг/м3; с, = 2,1 кДж/(кг-К).

Как следует из сравнения результатов расчета по различным формулам для трубопроводов большого диаметра при малой глубине заложения и для малых параметров Фурье, лучшее согласование с экспериментальными данными имеет формула (4.

Сравнение результатов расчета по формулам (4.

Следует отметить, что это мероприятие возможно лишь при наличии нефти в «голове» трубопровода, а целесообразность его определяется технико-экономическим расчетом.

56) рекомендуется применять для теплогидравлических расчетов трубопроводов, когда известны температура стенки трубы и продолжительность процесса для данного трубопровода.

Выбор того или иного способа прогрева системы труба—грунт должен быть обосновав технико-экономическими расчетами и технической возможностью осуществления выбранного, способа прогрева.

Оптимальные подача и температура подогрева вязкого нефтепродукта должны также определяться на основании технико-экономических расчетов.

К сожалению, технический расчет для ряда случаев произвести не представляется возможным из-за отсутствия методик расчета и расчетных формул.

Для труб большого диаметра необходимо учитывать распределение температуры в потоке жидкости, что должно привести к снижению потерь на трение по сравнению с вариантом расчета по средней для сечения температуры.

Результаты теплового расчета, выполненного по методикам для нестационарного режима работы трубопровода при соответствующем способе прогрева, представлены графически в виде зависимости температуры в конечном сечении трубопровода от времени прогрева (рис.

Если при расчете пускового режима не накладываются дополнительные условия, то преимущество встречного и челночного прогревов следует из теплотехнических расчетов.

прогрев трубопровода является ответственной операцией, а при расчетах применяют усредненные параметры, в качестве расчетной формулы следует применять формулу (4.

В тех случаях, когда по трубопроводу должны перекачивать высокопарафинистые высокозастывающие нефти (типа ман-гышлакских) или нефтепродукты, расчет необходимого времени прогрева и потребного количества греющей жидкости можно упростить.

Если в расчет вводить температуру наружной поверхности трубопровода (рассматривается труба без теплоизоляции),, взятую примерно на 10 К ниже требуемой температуры потока, то время прогрева должно получиться то же, что и при задании температуры потока в конечном сечении трубопровода.

В связи с этим все расчеты нестационарных режимов необходимо проводить с учетом характеристики насосов, т.

расчет осуществлять с помощью так называемых динамических характеристик.

Занижение ReKp при построении мгновенных характеристик повышает надежность теплогидравлического расчета нестационарных режимов трубопровода.

точки определяется (в результате теплогидравлического расчета) мгновенной характеристикой на данный момент времени (средняя вязкость 5-10~4 м2/с).

Исходя из этого, можно заключить, что суть теплогидравличе-ского расчета сводится к определению температур и построению на их основе мгновенных характеристик на каждый момент времени рассматриваемого процесса с тем, чтобы найти потребное давление и не допустить его чрезмерного возрастания в трубопроводе.

Это положение может быть применено при расчете любых нестационарных режимов работы трубопровода, для которых имеются расчетные формулы для определения температур и совмещенная характеристика трубопровода и насосных станций.

Недостаток подобного расчета очевиден.

Расчет произведен при постоянной подаче Q = 0,lll м3/с на протяжении всего процесса прогрева, тогда как установленные насосы НК-560/375—300 не могут обеспечить это постоянство.

Поэтому такой аналитический расчет нужно считать оценочным, позволяющим выбрать правильный технологический режим пуска трубопровода в эксплуатацию.

Расчет удобнее производить по участкам.

Из рисунка и расчета следует, что данный мазутопровод можно было бы пустить в эксплуатацию из холодного состояния без предварительного прогрева его маловязким теплоносителем.

Если принимать Q = Qi, то средняя подача при расчете будет несколько занижена/ но это пойдет в запас расчета.

Расчет при этом упрощается.

Необходимо при расчете учитывать время переключения задвижек, насосов и других технологических операций.

Расчет процесса заполнения трубопровода мазутом и выхода его на проектный режим Поло- •с, ч 1, км Q, м'/с к,о, Вт/(м-К) 'к;- к *ср, к А, МПа жение рабочей Qt, м'/с Л.

Если теплогидравлический расчет показывает невозможность пуска мазутопровода из холодного состояния, то принимается решение о прогреве его маловязким теплоносителем.

Сравнение результатов расчета потерь на трение по формулам (4.

38) и при вычислении К по средней температуре для мазутопровода длиной 30 км и внутренним диаметром 0,3 м при /н = 373 К, tu = 346 К, ^ср = 358,9 К показало, что расчеты величины h по формуле Дарси — Вейсбаха при At == 3 К с учетом (3.

Расчеты потерь энергии по формуле Дарси— Вейсбаха с учетом (3.

Период сезонных колебаний температуры грунта намного больше времени заполнения трубопровода (TO ^> t/v), поэтому тепловой расчет трубопровода следует проводить по формуле (4.

Тепловой расчет

При тепловом расчете, а также при составлении технологического режима работы трубопровода, по которому перекачивают горячий нефтепродукт, необходимо знать время выхода температуры трубопровода на условно-стационарный режим.

В работе [15] была сделана оценка влияния скрытой теплоты кристаллизации парафина на процесс остывания нефти в подземном трубопроводе и было показано, что влиянием кристаллизации парафина "на коэффициент теплоотдачи можно пренебречь, а теплоту кристаллизации парафина при расчетах йожно считать дополнительной теплоемкостью нефти.

Для расчета пускового давления при возобновлении перекачки необходимо четко представлять весь процесс охлаждения системы труба — грунт — воздух и знать закон распределения температуры нефти по сечению трубы в зависимости от длительности остановки, условий охлаждения и свойств нефти и окружающей среды.

его можно при расчетах принимать постоянным или даже не учитывать.

Естественно, что сравнение результатов расчета с экспериментальными данными побудило авторов работы [16] ввести в формулу (4.

СВЕДЕНИЯ ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ РАСЧЕТА ТРУБОПРОВОДОВ

Для теплового и гидравлического расчетов магистральных трубопроводов необходимо знать теплофизические свойства перекачиваемой жидкости (плотность, температуру застывания, теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и вязкости); геометрические размеры трубопровода (диаметр, длину, толщину антикоррозийной или тепловой изоляции); профиль трассы трубопровода с геодезическими отметками начала и конца трубопровода, на котором указаны перевальные точки; теплофизические свойства окружающей среды (коэффициенты теплопроводности и температуропроводность грунтов, влажность грунта и воздуха, объемный вес грунта, скорость ветра, температурный режим).

По заданной пропускной способности в соответствии с нормами технологического проектирования выбирают диаметр трубопровода и перепад давлений между НС, рекомендуемые на основании технико-экономических расчетов и опыта эксплуатации подобных трубопроводов.

Расчет изменения температуры нефти в" остановленном трубопроводе позволяет оценить безопасное время остановки перекачки.

Высоту засыпки и ее конструктивное оформление определяют расчетом.

Их рекомендуют применять после соответствующих обоснований и расчетов для участков с многолетнемерзлыми грунтами, на оползневых и солифлюкционных участках, на болотистых и пойменных участках.

Расчет проводился для трубы диаметром 325 мм при а = 0,002 м2/ч и H/R = 8,9.

Для примера расчета по формуле (4.

Как следует из сравнения результатов расчета (ранее т = = 17,3 ч), совпадение вполне приемлемое.

В соответствии со способами прокладки магистральных трубопроводов при технологических расчетах необходимы сведения о параметрах воздуха и грунта.

Необходимые для расчета коэффициенты теплопроводности Кг in температуропроводности а грунтов зависят от их физических свойств (объемного веса, влажности, температуры) и определяются либо опытным путем, либо рассчитываются, по эмпирическим формулам, справедливым для тех или иных грунтов.

Расчет производим на самый неблагоприятный случай, когда to = 273 К.

Расчет процесса охлаждения 'ст.

Исходя из задач прогнозирования, основными исходными данными для расчета взаимо

При расчетах потери энергии на трение по формуле (4.

В расчет принимаем больший из них.

В результате расчета имеем (см.

143) дает достаточно хорошую картину процесса охлаждения как в качественном, так и в количественном отношении, поэтому ее можно рекомендовать для оценочных расчетов процесса охлаждения надземного трубопровода.

Для тех же исходных данных мазутопровода проведем расчет остывания мазута по формуле (4.

13, где приведена также оценка погрешности расчетов с экспериментальными данными.

Необходимые дополнительные данные для расчетов: Аг = 92 м; ta = 363 К.

Расчет проведем для четырех вариантов: для летнего периода при t0 = 282 К и t3 = 288 К в первом варианте подача мазута при стационарном режиме Qi = 50 м3/ч и в пусковой период Q2 = 59 м3/ч, во втором варианте Qi = 30 м3/ч и Q2 = 59 м3/ч; для зимнего периода при ta=273 К и ^„ = 243 К и при скорости ветра v=9 м/с, в третьем варианте Qi = 80 м3/ч и Q2 = 80 м3/ч, в четвертом варианте Qi = 40 м3/ч и Q2 = 80 м3/ч.

Проведем расчет пускового давления после остановки мазутопровода на 48 ч (17—19 июля 1977 г.

Расхождение расчетного значения с опытным вполне удовлетворительное (2,2 %), что позволяет рекомендовать предложенные зависимости для прак-, тических расчетов трубопроводов.

Это явление необходимо учитывать при инженерных расчетах.

При расчете были получены кривые изменения температур tK, tcp, tn в зависимости от времени остановки перекачки т0 (рис.

К расчету охлаждения трубопровода:

Тепловой расчет трубопровода сводится к отысканию законов распределения температуры в потоке, омываемой им стенке и грунте.

Для вязких нефтей и нефтепродуктов эта температура принимается на основании опыта эксплуатации или определяется расчетом по допустимой всасывающей способности насосов.

При прогреве перекачивают маловязкую жидкость в количестве, определяемом расчетом.

В соответствии с гидравлическим расчетом магистрального трубопровода число насосных станций известно.

В результате расчета получено, что 04 = 0,215-10-* руб/Дж.

Расчет проводим для Q = (0,5; 1; 2; 3; 4; 5; 5,5)- 106 М3/год.

В результате расчета приведенных годовых расходов по формуле (4.

При полных протаивании и промерзании влияние температуры несущественно и в практических расчетах не принимается во внимание.

Расчет показал, что при загрузке трубопровода менее 0,5 от проектной загрузки необходимо дополнительно сооружать пункты подогрева по трассе трубопровода.

Необходимое число работающих насосных агрегатов и станций определяют гидравлическим расчетом [33, 34].

Выбор того или иного способа транспорта должен быть обоснован технико-экономическим расчетом.

Расчет проводили при следующих исходных данных: А,г = 0,93 Вт/(м-К); а = 0,002 м2/ч, а остальные данные сведены в табл.

Изменение температуры стенки трубы во времени, полученное при проведении опыта (кривая /) и в результате расчета (кривая 2), представлены на рис.

На этом же рисунке представлена кривая 3, полученная в результате расчета по формуле (4.

Провал опытной кривой при 800 ч объясняется резким падением напряжения в сети питания источника (осуществлялся электроподогрев трубы) и, следовательно, резким снижением q, а весь расчет проводился при q = = const для указанных в таблице величин продолжительности

209) очень громоздко, поэтому желательно упростить расчет и получить оценочную формулу, которая бы достаточно хорошо отражала физическую сущность процесса.

Такая погрешность приближенной формулы для технологических расчетов вполне приемлема.

При известном законе изменения коэффициента теплоотдачи от внешней поверхности трубопровода в грунт возможно провести тепловой и гидравлический расчеты трубопровода, эксплуатирующегося при циклическом режиме.

Проведем расчет циклической работы «горячего» нефтепровода, который выбран условно.

В соответствии с тепловым и гидравлическим расчетами для стационарного режима (выполнены Южгипронефтепрово-дом) на трубопроводе были сооружены четыре насоснотепловых станции (НТС) и три тепловые станции (ТС).

Расчет температур производим по формуле (4.

При расчете потерь энергии на трение получим: т, ч.

При расчете нестационарных режимов эксплуатации трубопровода (рассматривается подземный трубопровод) нами [10, 41] применен метод теплового баланса для определения величины теплового потока без непосредственного учета коэффи' циента теплопередачи Кг- Таким образом, тепловой расчет трубопровода сводится к двум уравнениям: уравнению теплового баланса и закону изменения температуры перекачиваемой жидкости по длине трубопровода для соответствующего нестационарного процесса.

рассчитывая на какой-либо момент времени температуру, будем брать в расчет удельный тепловой поток q= const, эквивалентный по тепловому воздействию q = q(i).

Для оценки данного метода был произведен расчет нагрева подземного трубопровода Озек-Суат — Грозный на участке Камыш-Бурин — Кирпич-аул и проведено сравнение с промышленными данными его эксплуатации при совместной работе лаборатории трубопроводного транспорта УФНИ и работников магистрального трубопровода.

16 приведены результаты сравнения расчета температуры стенки трубопровода t и температуры нефти /' с эксперимен

Так как при расчете / принимается равенство температур перекачиваемой жидкости и стенки трубы, т.

что, естественно, идет в запас расчета.

При переменных подачах расчет потерь энергии на трение можно выполнить, разбивая трубопровод на участки, и для каждого из них находить средние параметры перекачиваемой жидкости.

Повторив расчет для трех— пяти значений Q, строят график зависимости h—f(Q), который представляет собой мгновенную характеристику, если разница отметок начала и конец трубопровода Az и остаточное давление рк равны нулю, или график мгновенной потребной энергии, если Az и рк не лравны нулю.

Рассмотрим трубопровод с данными, необходимыми для расчета: D = 325X12 мм; / = 10 км; Я = 0,96 м; v293 = 8,33 ^О-3 м2/с; и = 0,1 1/К; р = 900 кг/м3; ср=2094 Дж/(кг-К); Хг = 0,94 Вт/(м-К); а = 0,002 м2/ч; t0 = = 273 К; ts = 323 К; К = 2,33 Вт/(м2-К); Аг = +100 м.

Для того, чтобы в инженерных расчетах учесть специфику мерзлых грунтов, необходимо знать их физические свойства и особенности.

Одна из основных характеристик мерзлых грунтов, необходимая для инженерных расчетов, -т- температура этих грунтов в естественном состоянии t0, которая измеряется с помощью термометров в пробуренных насухо скважинах после достаточного (в течение нескольких недель) выдерживания скважин после бурения.

'Для расчета и анализа работы трубопровода необходимо наличие совмещенной характеристики, которая определяет параметры работы трубопровода при стационарном режиме (см.

Экспериментальное изучение переходных процессов позволяет оценивать предлагаемые аналитические методики, а также получать экспериментальные зависимости для расчета таких процессов в аналогичных условиях.

Для всех последующих расчетов были приняты средние значения теплофизи-ческих параметров мазута: ср = 1926 Вт/(кг-К); Я=0,119 Вт/(м-К); ан=0,64-10~7 м2/с.

Для расчета были приняты следующие значения (на основании обработки температурных полей): Яо=1,63 Вт/(м-К) и 7,1 = 0,35 Вт/ (м- К), Хг=0,87 Вт/(м-К) при рг=1400 кг/м3; срг=921 Дж/(кг-К); а = = 0,675-10-6 м2/с.

Такие величины заставляют считаться с этим фактором при изучении тепловых и других физических свойств мерзлых грунтов, а также и при инженерных расчетах.

Перепад давления для трубопровода в различные моменты времени при расчете переходных режимов определяют по формуле

Приведем сравнение результатов расчета по формулам (4.

Результаты сравнения расчетов с экспериментальными данными указывают на достаточно высокую точность предлагаемых расчетных зависимостей.

Приближенные расчеты при переходном режиме работы горячего нефтепровода.

Экспериментальная проверка метода теплового баланса для расчета нестационарных режимов подземных трубопроводов.

Тепловой и гидравлический расчет пускового периода горячего трубопровода большого диаметра.

Расчет разогрева и охлаждения трубопроводов.

Пособие по теплотехническим расчетам санитарно-техни-ческих сетей, прокладываемых в вечномерзлых грунтах.

В механике мерзлых грунтов и при теплотехнических расчетах применяют понятие относительной льдистости:

Сведения об окружающей среде, необходимые для расчета трубопроводов.

Этой зависимостью можно пользоваться при инженерных расчетах и контроле лабораторных испытаний грунтов.

В теплофизических расчетах необходимо учитывать коэффициенты теплопроводности талого Ят и мерзлого Я,м грунтов, так как Лм > Ят на 20—30 %.

Некоторые из них являются более общими и при расчетах дают удовлетворительные результаты для большой гаммы данного типа грунтов.

Технологический расчет трубопровода для транспортировки вязких и высокозастывающих нефтей и нефтепродуктов возможен при известных теплофизических и реологических свойствах перекачиваемой жидкости.

Исходные данные для расчета: А,с = 0,29 Вт/ (м- К); W0 = 250/0; бж = = 0,184 1/%; АО =1,63 Вт/(м-К); а0 = 0,5-10-6 ,м2/с; bw = —0,23 %/К; г/ = Я=1,44 м; <7 = 250 Вт/м.

При теплотехнических расчетах плотность берут постоянной, соответствующей средней температуре рассматриваемого процесса, так как при увеличении температуры на А^ = = 100 К (от 293 до 393 К) изменение плотности не превышает 10 %.

При точных расчетах необходимо учитывать зависимость плотности от температуры.

В связи с резким изменением коэффициента теплопроводности по сечению при тепловых расчетах «горячих» трубопроводов для Кт рекомендуется выбирать среднее значение, "которое можно вычислить следующим образом.

Из сравнения результатов расчета следует, что более простые.

Как показали расчеты температурных полей, такое усреднение ir дает влолне удовлетворительную сходимость с экспериментальными данными.

Удельная теплоемкость при постоянном давлении и коэффициент теплопроводности нефтей и нефтепродуктов изменяются в довольно узких пределах: ср = 1,6 -f-2,2 кДж/(кг-К) и Хи = 0,1 -з--т- 0,16 Вт/(м-К), поэтому при тепловых расчетах трубопроводов их чаще всего принимают постоянными и выбирают при средней температуре технологического процесса.

Сложность теплового расчета магистрального трубопровода вызывается еще и тем, что грунты по длине трассы неоднородны и имеют различные значения Яг.

В этом случае тепловой расчет трубопровода можно.

Так как при оценочном гидравлическом расчете магистральных трубопроводов необходимо в основном знать характер: изменения и величины начальной и конечной температур на участке между тепловыми станциями, то тепловой расчет более целесообразно производить для всего трубопровода в целом.

-Все вышесказанное о коэффициенте теплопроводности относится и к коэффициенту температуропроводности грунтов, величина которого необходима для расчета нестационарных (режимов теплообмена.

Использование теплофизических характеристик грунтов, полученных из справочной литературы, при тепловых расчетах не может привести к удовлетворительному результату по двум причинам: во-первых, число надежных определений теплофизических свойств различных грунтов сравнительно невелико; во-вторых, при выборе теплофизических характеристик грунтов практически невозможно учесть все особенности мерзлотно-грунтовых условий вдоль трассы-трубопровода.

В результате точность тепловых расчетов трубопроводов существенно снижается.

Теплоемкость мерзлых грунтов см ниже теплоемкости талых грунтов ст, поэтому в расчетах их нужно учитывать раздельно.

Отсюда следует, что для тепловых расчетов значение сгрг можно принимать усредненным для данного грунта в зоне воздействия трубопровода.




Главный редактор проекта: Мавлютов Р.Р.
oglib@mail.ru